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热锻模具材料的选用
 
按照上述锻造模具选用的一般原则,热锻模具材料选用需要考虑设备特性、锻件复杂程度、锻造工艺方法(开式模锻、闭式模锻、挤压和顶镦等)、模具主要失效形式和生产批量等因素,并进行技术经济分析,优先选用性价比高的模具材料。提高模具寿命的目的在于降低锻件成本。
1.按锻造设备特性选用模具材料
1)模锻锤模具钢的选用
模锻锤工作条件是锻造时模具在很短时间内承受巨大的高速冲击负荷,还受到很大压应力、拉应力和弯曲应力,冷却润滑对模具产生急冷急热,金属坯料对模膛有强烈摩擦,但加载闷模时间短。失效形式主要是磨损、断裂(脆裂、崩裂)、模具受急冷急热的作用而引起体积变化,极易产生疲劳裂纹形成龟裂,由于锻模工作温度升高,再加上金属流动速度快,产生摩擦热,引起塑性变形,造成模膛表面塌陷。
2)机械压力机模具钢的选用
由于机械压力机锻模和热坯料接触时间长(加载闷模时间长),又常受较大的压力,模具表面温度升得快,应该选择耐热性好的模具钢。机械压力机加载速度低(属于静载或准静载),高温韧性可适当降低,但热稳定性应适当提高,以避免模膛表面过早磨损、塌陷和龟裂。
3)螺旋压力机模具钢的选用
我国多数企业采用5CrNiMo、4Cr5MoSiV1、3Cr3Mo3VNb、3Cr2W8V,也可采用20世纪80年代初研制成功的5Cr2NiMoVSi,该钢与5CrNiMo相比碳含量稍低,Cr、Mo的含量较高,并加入V和Si,因此提高了钢的淬透性,在回火时析出Mo2C和MoC型碳化物,使钢有二次硬化,其热稳定性比5CrNiMo高出150℃。5Cr2NiMoVSi模具钢既有5CrNiMo的高冲击韧性,又有较高热硬性,经某厂使用,比3Cr2W8V模具寿命高。
4)液压机模具钢的选用
尽管液压机模具在静态载荷下工作,对冲击韧度的要求不高,但液压机模具镶块尺寸较大,其模具硬度与模锻锤大中型模块的硬度相当,并且所选用的模具材料也基本与锤锻模相同,多选5CrNiMo与5CrMnMo钢。
5)平锻机模具钢的选用
平锻机也是曲柄-滑块传动,动力学特性与机械压力机相同,属于静态或准静态载荷。平锻机上所进行的虽然也是热锻作业,但主要是为后续的模锻工序进行局部镦粗、冲孔、切边、切断和弯曲等制坯工序。尽管在平锻机也进行少数成形工序,多数制坯工序与模锻工序相比,变形载荷较小、精度要求也较差,对模具钢硬度等性能的要求也有自己的特点。
2.按锻造工艺特点选用模具材料
1)热挤压模具钢的选用
对于闭式模锻,特别是闭式挤压模具,因为金属坯料在模膛内加载时间较长,而且金属流动剧烈,模膛特别是冲头工作条件苛刻,在高温金属包围下,模膛和冲头温度很快升高,可大于600℃,甚至700℃,宜采用在600℃~700℃仍有较高强度、硬度和耐磨性的高耐热钢。
2)精压和校正工序模具钢的选用
在大批量生产情况下,精压和校正工序在专用的曲柄一肘杆式精压机或液压机上进行,此二类设备均为静态载荷,在加载时,模具与锻件的接触时间长,对模具磨损较大。
精压和校正有热、冷之分。热校正模具材料及其硬度要求基本与热切边模具相同,模具材料多选用8Cr3;冷校正和冷精压模具的硬度要求高,模具材料基本与冷锻模具相同,主要选用Cr12MoV;热精压模具材料常选用3Cr2W8V。
3)切边和冲孔模具钢的选用
切边和冲孔工序多在曲柄压力机上进行(个别情况下选用液压机),切边用曲柄压力机是典型的曲柄-滑块传动,其动力学特性与机械压力机相同,模具处于静态或准静态、较小载荷的条件下工作。
切边模和冲孔模的工作状态有热、冷之分。热切边模和热冲孔模工作环境与平锻机的切边模工作环境基本相同,模具材料也与平锻机相应的切边模材料大同小异,主要材料主要选用8Cr3。
2月27日输入
3.按锻件形状特点选用模具材料
对于高肋锻件,由于模膛窄而深(一般宽度3mm~8mm,宽高比大于8),金属以镦挤成形为主,模膛底部极易开裂,应选用断裂韧性高的模具材料。
例如,在机械压力机上模锻模膛宽度3mm、高宽比10的集装箱锁座时,韩国模具采用4Cr5MoSiV1模具钢4次回火以提高断裂韧性,模具寿命约为3500件。我国某锻造公司采用5Cr2NiMoVSi模具钢,并采用真空热处理,模具硬度46HRC~48HRC,又修改模具设计,使模具寿命提高到了6000件。
4.按锻件生产批量选用模具材料
选用模具材料时,还应考虑锻件的生产批量大小,当生产批量较小时,不必选用价格昂贵的模具钢,只要模具寿命略大于产品批量即可。这样可以减少模具材料费用。从而降低锻件成本。
例如,批量较小的胎模锻造,基于经济性的考虑,一般选用廉价模具材料,如45、40Cr等结构钢。但是通用胎模及其零件(如热模、套模和合模等)多次使用的积累批量大,也可选用5CrNiMo、5CrMnMo和5SiMnMoV热作模具钢制造。对于工作繁重的胎模零件(如热模、冲头、模垫、拼分模锥)则可选用高合金的3Cr2W8V模具钢。
5.按照经济性原则选用新型热作模具钢
选用新型模具材料可以提高模具使用寿命和劳动生产率,但往往新型模具材料昂贵,应按照经济性原则选用。
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